Введение к работе
Актуальность темы, Дпссертациошгая работа посвящена поиску новых возможностей осуществления пространственной и частотной фильтрации СВЧ сигналов с применением магнитостатических волн (МСВ), возбуждаемых в слоистых феррит-диэлектрических структурах преобразователями различных типов.
Исследования спиновых и магнитостатических волн в ферритовых пленках на протяжении последних лет привели к возникновению нового научного направления - спин-волновой электроники СВЧ. Возросшее в последние годы количество исследований волновых процессов в ферритовых пленках и слоистых структурах на их основе стимулируется нуждами техники, в частности, функциональной микроэлектроники СВЧ, осуществляющей быструю обработку сигналов в реальном масштабе времени. Аналоговая обработка высокочастотных сигналов в радиолокационных и других СВЧ системах реализуется на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Однако, диапазон рабочих частот устройств на ПАВ оказался в силу технологических факторов ограниченным единицами гигагерц. В то же время развитие систем радиолокации, навигации, связи, вычислительной техники требует обработки сигналов непосредственно в СВЧ диапазоне. Создание таких устройств стало возможным благодаря применению магнитостатических волн.
Магаитостатические волны обладают малыми потерями при рзспростране-гаи, разнообразием дисперсионных характеристик и возможностью электриче-зкого управления ими. Технология тонких ферритовых пленок совместима с иіанарной технологией СВЧ интегральных схем. Благодаря указанным свойст-!ам, магнитостатические волны открыли перспективы создания нового класса лалогабаритных приборов функциональной микроэлектроники, способных работать в широком частотном диапазоне (примерно от 1 до 60 ГГц) и удовлетво-)ять постоянно возрастающим требованиям к характеристикам современных
СВЧ радиотехнических устройств и систем. В настоящее время спин-волновая электроника активно развивается и находится на этапе исследования возможностей создания устройств, которые по своим характеристикам не уступали бы устройствам того же функционального назначения, выполненным на базе развитых ранее технологий, а так же возможностей построения принципиально новых устройств.
Одной из важных задач аналоговой обработки высокочастотных сигналов в спин-волновой электронике является пространственная и частотная фильтрация сигналов. Задача частотной фильтрации в основном решается, как и в случае использования ПАВ, формированием нужной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) преобразователя электромагнитных волн в мапштостатическне за счет применения различных технологических приемов, как то: использование многоэлементных систем преобразователей различных конструкций с одной ферритовой пленкой, использование полосковых преобразователей на двух ферритовых пленках, и других. В диссертации на основе анализа процессов возбуждения и распространения пучков МСВ в тонких ферритовых пленках предлагается новый подход к решению задач пространственной и частотной фильтрации СВЧ сигналов. Под пучками МСВ обычно понимают суперпозицию этих волн с одинаковыми частотами, но различными волновыми векторами как по величине, так и по направлению. Приборы пространственной фильтрации СВЧ сигналов с использованием магнитостатических волн в ряде случаев обладают лучшими селективными свойствами, чем их аналоги.
Цельго диссертационной работы является исследование процессов возбуждения и приема магнитостатических волн в слоистых феррит-диэлектрических структурах преобразователями различных типов для реализации пространственной и частотной фильтрации СВЧ сигналов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Решена самосогласованная задача о возбуждении пучков поверхностных и объемных МСВ преобразователями произвольного типа. Получены аналитические соотношения для намагниченности в зоне излучения преобразователя и его амплитудной диаграммы направленности.
-
Выявлен эффект фазового синхронизма электромагнитных волн, распространяющихся в образующей преобразователь линии передачи, и магнитоста-тических волп в ферритовой пленке, приводящий к формированию сверхузкой (порядка 1 по уровню 0.7) диаграммы направленности преобразователя в определенном частотном интервале.
-
На основе указанного эффекта предложен принцип пространствешюй фильтрации сигналов с использованием пучков МСВ для построения фильтров и частотно-селективных разделителей каналов.
-
На основе модифицированного метода коллокаций разработана интерактивная программа расчета электромагнитного поля целого класса линий передачи, использующихся в качестве преобразователей элеюгромапштных волн в магнитостатические.
Научная и практическая ценность. Научная ценность диссертации заключается в том, что полученные в ней результаты расширяют и углубляют физические представления о процессах возбуждения и приема мапштостатиче-ских волн в слоистых феррит-диэлектрических структурах и связанных с ними принципах фильтрации высокочастотных сигналов. Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты моїуг применяться как для интерпретации физических экспериментов, так и в качестве рекомендаций при разработке устройств частотной и пространственной фильтрации СВЧ сигналов, разрабатываемых в таких научных и производственных учреждениях, как Холдинговая компания «Ленинец», НИИ «Домен», ОАО «Магнетон», и других.
Использование результатов работы. Материалы диссертационной работы непосредственно используются в лекционном курсе "Электромагнитные волны в магнитоупорядоченных средах" на кафедре радиофизики Санкт-Петербургского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:
Первая объединенная конференция по магнитоэлекгронике (Москва, 1995).
ХХШ семинар по спиновым волнам (Санкт-Петербург, 1996).
The Eighth Biennial ШЕЕ Conference on Electromagnetic Field Computation (Tucson, USA, 1998).
1 Oth MICROCOLL conference (Budapest, Hungary, 1999).
IEEE AP-S Internation Symposium And USNC/URSI Nation Radio Science Meeting (Orlando, USA, 1999).
29th European Microwave conference (Munich, Germany, 1999).
XXVm Неделя науки СПбГТУ (1999, Санкт-Петербург).
Вторая объединенная международная конференция по магнитоэлекгронике (Екатеринбург, 2000).
Итоговый семинар по физике и астрономии по результатам конкурса грантов 1999 года для молодых ученых Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, 2000).
International symposium on spin waves (Санкт-Петербург, 2000).
Автор диссертационной работы был удостоен персональных грантов Правительства Санкт-Петербурга для молодых ученых 1997,1999г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, перечень которых приведен в конце афтореферата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа сосгоит из введения, трех глав, заключещія, приложений к главам и списка литературы. Объем диссертации - 172 страницы, включая 117 страниц основного текста и 72 рисунка.
Похожие диссертации на Пространственная и частотная фильтрация СВЧ сигналов с использованием магнитостатических волн
